DE19618533A1 - Device for the precise fixing of microchips - Google Patents

Device for the precise fixing of microchips

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Abstract

The invention relates to a device for precise location of a microchip (1) on a carrier (2). Accurate adjustment of the microchip is monitored with an optical position monitoring system (3) with a camera (5) and a projection lens (4) pointing towards the microchip (1). According to the invention, heat rays are fed into the position monitoring system (3) and directed by the same projection lens (4) to the microchip (1). Consequently, the heat energy is guided to exactly the right point.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur ortsgenauen Fixie­ rung von Mikrochips auf einem Träger mit einer optischen Posi­ tionsüberwachung und einer auf den Mikrochip gerichteten Abbil­ dungsoptik und einer Heizeinrichtung zum Befestigen des Mikro­ chips auf dem Träger durch Erhitzung und Lötung.The invention relates to a device for precise location fixie tion of microchips on a carrier with an optical posi tion monitoring and an image directed at the microchip optics and a heater to attach the micro chips on the carrier by heating and soldering.

Der Begriff Mikrochip ist weit auszulegen. Dies können bei­ spielsweise Halbleiterdioden oder Mikrolinsen sein, die hochge­ nau auf einem Träger, der auch Submount genannt wird, montiert werden sollen.The term microchip should be interpreted broadly. This can be done at for example, semiconductor diodes or microlenses, the hochge nau mounted on a support, which is also called submount should be.

Dies geschieht bisher dadurch, daß der Mikrochip mit einer Saugdüse oder eine Zange aufgenommen und mit Hilfe von Mikroma­ nipulatoren in die gewünschte Position gebracht wird. Die exak­ te Einstellung der Position erfolgt mit Hilfe eines Bilderken­ nungssystems, welches üblicherweise eine Kamera mit einem Tubus und einer Abbildungsoptik aufweist und sich axial über der Mon­ tageposition befindet. Der Mikrochip wird dann auf den jeweiligen Träger abgesenkt. Durch Erhitzung werden Mikrochip und Träger miteinander verlötet bzw. verklebt. Als Heizung kommen dabei eine Widerstandsheizung, eine Gasheizung oder auch eine Strahlungsheizung in Betracht. Dabei entsteht das Problem, daß auf relativ engem Raum eine Vielzahl von Subkomponenten für die Heizquelle und die axiale Positionsüberwachung räumlich neben­ einander in einer Anlage montiert werden müssen. Zudem gelingt es nicht immer optimal, die Heizenergie an die richtige Positi­ on zu bringen.So far, this has been done in that the microchip with a Suction nozzle or pliers added and using microma nipulators is brought into the desired position. The exact The position is set with the help of a picture window system, which is usually a camera with a tube and has an imaging optics and axially above the Mon day position. The microchip is then placed on each Carrier lowered. By heating microchip and Carrier soldered or glued together. Come as a heater a resistance heater, a gas heater or even one Radiant heating into consideration. The problem arises that a large number of subcomponents for the Heating source and the axial position monitoring next to each other must be installed in a system. It also succeeds it is not always optimal to adjust the heating energy to the correct position bring on.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vor­ richtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die besonders kompakt ausgebildet ist und mit der eine besonders genaue Posi­ tionierung und Fixierung des Mikrochips auf dem Träger möglich ist. The invention has for its object a direction of the type mentioned to create that special is compact and with a particularly precise Posi tioning and fixing of the microchip on the carrier possible is.  

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Hei­ zeinrichtung als Strahlungsheizung zur Zuführung von Heizstrah­ lung auf den Mikrochip ausgebildet ist und daß die Heizstrah­ lung durch die Abbildungsoptik der optischen Positionsüberwa­ chung geführt ist.The object is achieved in that the Hei zeinrichtung as radiant heater for supplying radiant heat is formed on the microchip and that the radiant heater through the imaging optics of the optical position monitoring chung is led.

Der wesentliche Vorteil der Erfindung besteht darin, daß die Heizenergie zum Löten bzw. Kleben des Mikrochips direkt in den Mikrochip selbst eingebracht werden kann. Hierzu wird die glei­ che Optik verwendet, die zur Beobachtung des Mikrochips und zur Kontrolle der Justageposition verwendet wird. Auf diese Weise wird eine koaxiale optische Leistungskopplung zur simultanen Justierung und Fixierung geschaffen.The main advantage of the invention is that the Heating energy for soldering or gluing the microchip directly into the Microchip itself can be introduced. For this, the same che optics used to observe the microchip and Control of the adjustment position is used. In this way becomes a coaxial optical power coupling for simultaneous Adjustment and fixation created.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die op­ tische Positionsüberwachung in einer optischen Achse der Abbil­ dungsoptik angeordnet. Die Heizstrahlung und für die optische Positionsüberwachung erkennbare Strahlung werden seitlich zuge­ führt und mit Hilfe optischer Elemente in die optische Achse der Abbildungsoptik eingespiegelt. Dazu werden Spiegel oder be­ vorzugt Strahlteiler verwendet. Hinter den Strahlteilern können
in einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung Überwachungs­ systeme zur Kontrolle und Regelung der Strahlungsleistung ange­ ordnet sein. Dazu können beispielsweise Fotodioden verwendet werden. Die Strahlteiler sind dabei so gestaltet, daß mehr als 90% der Strahlungsleistung in Richtung Abbildungsoptik gelenkt wird und nur ein kleiner Rest auf die Fotodiode trifft.In a preferred embodiment of the invention, the optical position monitoring is arranged in an optical axis of the imaging optics. The radiant heat and radiation recognizable for optical position monitoring are fed to the side and are reflected in the optical axis of the imaging optics with the aid of optical elements. For this purpose, mirrors or beam splitters are used. Can behind the beam splitters
In a preferred development of the invention, monitoring systems for controlling and regulating the radiation power are arranged. For example, photodiodes can be used. The beam splitters are designed in such a way that more than 90% of the radiation power is directed towards the imaging optics and only a small remnant hits the photodiode.

Die optische Positionsüberwachung weist eine Kamera, einen tu­ busförmigen Körper und eine Abbildungsoptik auf, wobei die Ka­ mera bevorzugt in der optischen Achse der Abbildungsoptik ange­ ordnet ist. Vor der Kamera ist vorteilhafterweise ein Kanten­ filter angeordnet, der nur für das Licht der optischen Positi­ onsüberwachung, also für sichtbares Licht oder Infrarotlicht, durchlässig und für die Wellenlänge der Heizstrahlung undurch­ lässig ist. Durch diese Maßnahme wird die Kamera wirksam vor der Heizstrahlung der Heizeinrichtung geschützt. The optical position monitoring has a camera, a tu bus-shaped body and an imaging optics, the Ka mera prefers in the optical axis of the imaging optics is arranged. An edge is advantageously in front of the camera filter arranged only for the light of the optical positi ons monitoring, i.e. for visible light or infrared light, permeable and impermeable to the wavelength of the heating radiation is casual. This measure makes the camera effective the radiant heat of the heating device is protected.  

Zur Erzeugung der Heizstrahlung ist bevorzugt ein Laser vorge­ sehen, da mit diesem eine sehr hohe Energiedichte erreichbar ist. Besonders eignen sich hier NdYag-Laser oder ein faserge­ bündeltes Hochleistungs-Halbleiterlasersystem. Auch eine Xenon- Dampflampe oder ähnliches kann unter Umständen eingesetzt wer­ den.A laser is preferably used to generate the heating radiation see because with this a very high energy density can be achieved is. NdYag lasers or a fibrous laser are particularly suitable here bundled high-performance semiconductor laser system. Also a xenon Steam lamp or the like can be used under certain circumstances the.

Von Vorteil ist es, wenn zur Zuführung der Heizstrahlung zur Vorrichtung ein Lichtleiter vorgesehen ist. Wenn das Licht mit­ tels einer Faser oder eines Faserbündels in den Tubus einge­ strahlt wird, kann der Tubusaufbau sehr klein gestaltet werden.It is advantageous if for supplying the heating radiation A light guide device is provided. If the light with means of a fiber or a fiber bundle inserted into the tube radiates, the tube structure can be made very small.

In einer anderen Weiterbildung der Erfindung ist eine Optik zur Parallelisierung und Fokusregelung der Heizstrahlung vorgese­ hen, damit die Fokuslagen für die Heizstrahlung und die Überwa­ chungsstrahlung in Übereinstimmung gebracht werden können. Die­ se Optik dient außerdem dazu die Heizstrahlung zunächst zu par­ allelisieren.In another development of the invention, an optic for Parallelization and focus control of the radiant heat provided hen, so that the focus positions for radiant heat and monitoring radiation can be reconciled. The This optic also serves to initially par the radiant heat allelize.

Die Erfindung wird anhand der einzigen Figur der Zeichnung wei­ ter erläutert. In dieser Figur ist der Aufbau einer erfindungs­ gemäßen Vorrichtung schematisch dargestellt.The invention is based on the single figure of the drawing ter explained. In this figure, the structure of an invention according device shown schematically.

Im unteren Bereich der Figur ist ein Mikrochip 1 dargestellt, der auf einem Träger 2 ruht. Die optische Positionsüberwachung 3 besteht im wesentlichen aus einer Kamera 5, einem Tubus 6 und einer Abbildungsoptik 4. Die Abbildungsoptik 4 weist eine opti­ sche Achse 15 auf, in welcher die Kamera 5 zentriert angeordnet ist. Eine Beleuchtungseinrichtung 10 zur Bilderkennung erzeugt sichtbares oder Infrarotlicht, welches seitlich in den Tubus 6 eingespeist wird. Über einen Strahlteiler 8 wird dieses Licht auf der optischen Achse 15 in Richtung Mikrochip 1 abgelenkt. Die optische Achse 15 verläuft axial im Zentrum des Tubus 6. Eine Heizeinrichtung 9, die im vorliegenden Fall als Laser aus­ gebildet ist, erzeugt Heizstrahlung, die über eine Faser 12 seitlich an den Tubus 6 herangeführt wird. Am Ende der Faser 12 ist eine Optik 14 zur Parallelisierung der Heizstrahlung vorge­ sehen, so daß die Heizstrahlung parallel auf einen Strahlteiler 7 fällt, und von diesem zu über 90% in Richtung Abbildungsop­ tik 4 und Mikrochip 1 abgelenkt wird. Durch die Parallelisie­ rungsoptik 14 wird erreicht, daß die Heizstrahlung ebenfalls auf der optischen Achse 15 der Abbildungsoptik eingestrahlt wird und die Fokuslage der Heizstrahlung einstellbar wird und z. B. mit der Fokuslage des Lichts zur Bilderkennung überein­ stimmen kann. Der Strahlteiler 7 läßt einen kleinen Anteil der Heizstrahlung passieren, so daß dieser Anteil, der unter 10% der Strahlungsleistung liegt, auf ein Überwachungssystem 11 fällt, welches als wesentlichen Bestandteil eine Fotodiode auf­ weist. Mit diesem Überwachungssystem 11 kann die Strahlungse­ nergie gemessen und entsprechend den Anforderungen geregelt werden. Zwischen den seitlichen Anschlüssen für die Beleuch­ tungseinrichtung und für die Heizeinrichtung und der Kamera ist ein Kantenfilter 13 vorgesehen, der nur für das Licht der Be­ leuchtungseinrichtung durchlässig und im Wellenlängenbereich der Heizeinrichtung undurchlässig ist. Die Kamera 5 weist au­ ßerdem einen Anschluß 16 auf, mit dem die aufgenommenen Bilder einer Datenverarbeitung zugeführt werden.In the lower area of the figure, a microchip 1 is shown which rests on a carrier 2 . The optical position monitoring 3 essentially consists of a camera 5 , a tube 6 and an imaging optics 4 . The imaging optics 4 has an optical axis 15 , in which the camera 5 is arranged centered. An illumination device 10 for image recognition generates visible or infrared light, which is fed into the tube 6 at the side. This light is deflected on the optical axis 15 in the direction of the microchip 1 via a beam splitter 8 . The optical axis 15 runs axially in the center of the tube 6 . A heating device 9 , which is formed in the present case as a laser, generates radiant heat which is guided laterally to the tube 6 via a fiber 12 . At the end of the fiber 12 is optics 14 to see the parallelization of the radiant heat, so that the radiant heat falls in parallel on a beam splitter 7 , and this is deflected by 90% in the direction of imaging optics 4 and microchip 1 . Through the parallelization optics 14 it is achieved that the heating radiation is also radiated on the optical axis 15 of the imaging optics and the focus position of the heating radiation is adjustable and z. B. can agree with the focus position of the light for image recognition. The beam splitter 7 allows a small portion of the heating radiation to pass, so that this portion, which is below 10% of the radiation power, falls on a monitoring system 11 , which has a photodiode as an essential component. With this monitoring system 11 , the radiation energy can be measured and regulated according to the requirements. Between the side connections for the lighting device and for the heating device and the camera, an edge filter 13 is provided, which is permeable only to the light of the lighting device and is impermeable in the wavelength range of the heating device. The camera 5 also has a connection 16 with which the recorded images are fed to a data processing system.

Mit dieser Vorrichtung wird ein sehr günstiges Verfahren zur Justierung und Fixierung von Mikrochips möglich. Zunächst wird die Ablageposition für den Mikrochip, insbesondere für eine Linse, mit der Kamera eingestellt. Der Mikrochip wird mit einem Mikromanipulator in diese Position gebracht und dort abgelegt. Mit Hilfe eines Lichtpulses wird der Mikrochip durch die Optik des Bilderkennungssystems fixiert. Dadurch ist gewährleistet, daß der Mikrochip exakt positioniert ist und daß genau die Po­ sition, die es aufzuheizen gilt, auch wirklich geheizt wird.With this device, a very cheap method for Adjustment and fixation of microchips possible. First of all the storage position for the microchip, in particular for one Lens, set with the camera. The microchip comes with a Micromanipulator brought into this position and stored there. With the help of a light pulse, the microchip is passed through the optics of the image recognition system. This ensures that the microchip is positioned exactly and that exactly the butt sition that needs to be heated is really heated.

BezugszeichenlisteReference list

1 Mikrochip
2 Träger
3 optische Positionsüberwachung
4 Abbildungsoptik
5 Kamera
6 Tubus
7 Strahlteiler für Heizstrahlung
8 Strahlteiler für Beleuchtung
9 Heizstrahlungsquelle
10 Beleuchtungseinrichtung
11 Überwachungssystem
12 Faser
13 Kantenfilter
14 Optik zur Parallelisierung
15 optische Achse
16 Anschluß für Datenverarbeitung 1 microchip
2 carriers
3 optical position monitoring
4 imaging optics
5 camera
6 tubes
7 beam splitters for radiant heat
8 beam splitters for lighting
9 radiant heat source
10 lighting device
11 monitoring system
12 fiber
13 edge filters
14 Optics for parallelization
15 optical axis
16 Connection for data processing

Claims (10)

1. Vorrichtung zur ortsgenauen Fixierung eines Mikrochips (1) auf einem Träger (2) mit einer optischen Positionsüberwachung (3) mit einer auf den Mikrochip (1) gerichteten Abbildungsoptik (4) und einer Heizeinrichtung zum Befestigen des Mikrochips (1) auf dem Träger (2) durch Erhitzung, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizeinrichtung als Strahlungsheizung zur Zuführung von Heizstrahlung auf den Mikrochip (1) ausgebildet ist, und daß die Heizstrahlung durch die Abbildungsoptik (4) der opti­ schen Positionsüberwachung (3) geführt ist.1. Device for location-specific fixing of a microchip ( 1 ) on a carrier ( 2 ) with an optical position monitoring ( 3 ) with an imaging optics ( 4 ) directed towards the microchip ( 1 ) and a heating device for fastening the microchip ( 1 ) on the carrier ( 2 ) by heating, characterized in that the heating device is designed as a radiant heater for supplying heating radiation to the microchip ( 1 ), and that the heating radiation is guided through the imaging optics ( 4 ) of the optical position monitoring ( 3 ). 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Positionsüberwachung (3) in einer optischen Achse (15) der Abbildungsoptik (4) angeordnet ist.2. Device according to claim 1, characterized in that the optical position monitoring ( 3 ) in an optical axis ( 15 ) of the imaging optics ( 4 ) is arranged. 3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Spiegel vorhanden ist, mit dem die Heizstrahlung in die optische Achse (15) der Abbildungsoptik (4) eingespiegelt ist.3. Device according to one of claims 1 or 2, characterized in that a mirror is provided with which the radiant heat is reflected in the optical axis ( 15 ) of the imaging optics ( 4 ). 4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweiter Spiegel vorhanden ist, mit dem für die optische Positionsüberwachung (3) erkennbare Strahlung in die optische Achse (15) der Abbildungsoptik (4) eingespiegelt ist.4. Device according to one of the preceding claims, characterized in that a second mirror is provided, with which visible radiation for optical position monitoring ( 3 ) is reflected in the optical axis ( 15 ) of the imaging optics ( 4 ). 5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Spiegel jeweils als Strahlteiler (7, 8) ausgebildet sind und hinter dem jeweiligen Strahlteiler (7, 8) ein Überwa­ chungssystem (11) zur Kontrolle und Regelung der Strahlungslei­ stung vorgesehen ist.5. Device according to one of claims 3 or 4, characterized in that the mirrors are each formed as a beam splitter ( 7 , 8 ) and behind the respective beam splitter ( 7 , 8 ) a monitoring system ( 11 ) for checking and regulating the radiation guide is provided. 6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß die optische Überwachungsvorrichtung eine Kamera (5) auf­ weist, die in der optischen Achse (15) der Abbildungsoptik (4) angeordnet ist.6. Device according to one of the preceding claims, characterized in
that the optical monitoring device has a camera ( 5 ) which is arranged in the optical axis ( 15 ) of the imaging optics ( 4 ). 7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß vor der Kamera (5) ein Kantenfilter (13) angeordnet ist.7. The device according to claim 6, characterized in that an edge filter ( 13 ) is arranged in front of the camera ( 5 ). 8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Laser oder andere Strahlungsquelle zur Erzeugung der Heizstrahlung vorgesehen ist.8. Device according to one of the preceding claims, characterized, that a laser or other radiation source to generate the Radiant heat is provided. 9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Lichtleiter zur Zuführung der Heizstrahlung vorgesehen ist.9. Device according to one of the preceding claims, characterized, that an optical fiber is provided for supplying the heating radiation is. 10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Optik (14) zur Parallelisierung und Fokusregulierung der Heizstrahlung vorgesehen ist.10. Device according to one of the preceding claims, characterized in that an optical system ( 14 ) is provided for parallelization and focus regulation of the radiant heat.
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